化学增强光刻胶及一种光刻胶组合物制造技术

本发明专利技术涉及用于化学增强光刻胶的聚合物及其使用该聚合物的组合物。本发明专利技术提供化学式（１）表示的聚合物和用于深紫外光含有该聚合物的化学光刻胶组合物，包括由化学式（１）表示的聚合物的化学增强光刻胶组合物在微光刻工艺中对单波长响应，可以在衬底上制作高分辨率的精密图案。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与用于化学增强光刻胶(抗蚀剂resist)的聚合物及包括该聚合物的光刻胶组合物有关，本专利技术特别与一种新型的聚合物及其使用该聚合物的组合物有关，该聚合物用作化学增强光刻胶组合物，在适于半导体微处理的微光刻工艺中，以单波长光源作为光刻曝光光源，该聚合物可用于在衬底上制作较精密图案，这种光刻胶改进了后曝光拖延(PED)的稳定性，并对干法刻蚀所产生的热有高耐热性。这样的光刻过程由下列的工艺步骤构成(a)涂胶步骤，包括均匀地把光刻胶涂覆在衬底的表面上，(b)前烘步骤，包括从涂覆的光刻胶薄膜上蒸发溶剂，使光刻胶薄膜粘到衬底的表面上，(c)曝光步骤，包括通过突出光刻掩膜的电路图形对衬底曝光，反复和连续地使用例如紫外线光的光源把掩膜上的图形转到衬底面上，(d)显影步骤，包括用显影液选择地移走由于对光源的曝光导致化学性质(例如可溶性)改变的部分，(e)后烘步骤使显影后剩余的光刻胶膜更牢固地粘在衬底面上，(f)刻蚀步骤在显影的衬底上按图形刻蚀预定的部分，以赋予电特性，以及(g)剥离步骤，包括去掉上述刻蚀步骤后变成不必要的光刻胶。密集半导体集成电路的速度在3年里增长了4倍。因此，目前在动态随机存取存储器(DRAM)的领域中，64兆比特DRAM和256兆比特DRAM已成批制造，千兆比特DRAM已在开发。通常16兆比特DRAM使用0.5μm电路线技术，64兆比特DRAM使用0.3μm或0.3μm以下电路线技术，而256兆比特和千兆比特DRAM要求1/4μm以下的极小的微图形，可根据设计选择如0.2μm、0.18μm、或0.15μm。在这样的微米工艺中，光辐射波长移到深紫外光，因此，有必要发展一种新型光刻胶，它可对深紫外光有效地产生反应。先前工艺所用含有醌二叠氮化物的光活性材料和线型酚醛树脂的光刻胶不能符合上述要求，因为在此光刻胶系统中，在300nm或300nm以下的波长区吸收很大，因此，在300nm或300nm以下的单波长曝光时，图形轮廓有相当大的恶化，因此，制作硬图形是必要的，这样图形轮廓不至于流动。为了制作这样的图形轮廓，通常称为光刻机的对准装置常被用作曝光装置，这样的曝光装置按照光源分为使用水银灯G射线(波长436nm)或I射线(波长365nm)的装置，以及使用单波长KrF(248nm)和ArF(193nm)的准分子激光装置。为了在衬底上制作极小的图形，分辨率(R)应该很小。该分辨率由下列的瑞利衍射限制式来表示。理论上，因为随着光源的波长变短分辨率变小，因此，使用更短的单波长光源更可取。〔衍射限制式〕R＝κλ/NA其中κ是常数，λ是使用光的波长，NA是透镜的数值孔径。为了得到四分之一微米或其以下的高分辨，光刻造成退化的能力有待改进。为了实现这个目的，使用有短波长的单波长光源和增加曝光装置光学透镜的数值孔径(NA)是有效的。相应地，使用高输出的准分子激光光源的光刻胶组合物常被使用，以回应半导体集成电路的高分辨的趋势。这种组合物用于KrF和ArF准分子激光，同时建议采用化学增强概念的高敏感光刻胶系统。化学增强的光刻胶由于紫外光的照射，通过光分解产生酸。产生的酸使借助于热被部分保护的部分降解，然后它和酸不稳定的聚合物开始链式反应或者充任催化剂，于是，一个酸分子造成许多键形成或键降解反应。因此，“化学增强”术语意味着通过光子的作用产生的活性元素引起化学链式反应的现象，该化学链式反应迅速增大量子产额。由于酸的此连续反应，化学增强的概念被引进和使用。化学增强光刻胶被分成两成分或三成分系统，两成分系统中包括酸不稳定的聚合物和照相酸产生剂，三成分系统中包括酸不稳定的聚合物、照相酸产生剂和母体树脂。在先前工艺的光刻胶中，降解或者光敏材料的交叉反应直接发生在曝光部分，当它显影的时候，正或负的形象的光刻胶图形被得到。但是用化学增强光刻胶时，酸不稳定的聚合物或化合物不直接经过曝光起反应，而由照相酸产生剂在曝光部分产生酸，并仅产生潜影。该产生的酸作为催化剂，它在曝光后烘烤(PEB)步骤中作为酸不稳定聚合物的催化剂，因此，它造成反应的增强和可溶性的重要差异。基于化学增强概念的第一种光刻胶是应用聚羟基苯乙烯衍生物聚(PBOCSt)，用t-BOC(叔丁氧基羰基)填充和鎓盐作为照相酸产生剂，这由lto等人在美国化学协会的″电子学中聚合物″中有描绘，ACSSym.Series，No.242。使用聚羟基苯乙烯衍生物的理由如下由于在先前工艺的光刻胶中使用的线型酚醛树脂强烈地吸收深紫外光，到达光刻胶与衬底面接触表面的紫外光不足。于是，在光刻胶的曝光部分，曝光引起的化学变化在膜厚方向上发生得不充分，因此显影液的可溶性变得不规则。这使得光刻胶截面形状在显影以后变成三角形。因此，当得到的光刻胶图形被当作一个衬底的内刻蚀掩膜的时候，目标微电路图形不能转录到衬底上。为了补偿这个结果，有必要改变基本的聚合物，现知采用具有极好抗等离子性质的聚羟基苯乙烯衍生物是适宜的。例如，包括聚(对-苯乙烯氧四氢吡喃醇)和酸产生剂的化学增强光刻胶，它是由Ueno等人在36届日本应用物理协会宣告的，1p-k-7，1989，以及一个三成分系统，它包括酚醛树脂，用t-BOC三丁羰基取代的双酚-A，焦酚甲磺酸酯，它由Schlegel在37届日本应用物理协会宣告，28p-ZE-4 1990。此外，与上述光刻胶制备相关的技术，公开在日本专利出版物Hei 2-27660，日本专利出版物Hei 5-232706，日本专利出版物Hei 5-249683和美国专利4,491,628号和5,310,619号。虽然与用于先前工艺的G射线和I射线光刻胶比较，这样的化学增强光刻胶有非常好的分辨率，但是它们易受周围环境的影响，特别是氧、潮气和其他在膜表面四周的微量元素。因此，要形成稳定的微小图形是困难的，因为在曝光部分有微量酸生成。此外，MacDonald等人在Proc.SPIE，Vol.1466，1991中报告空气中含有的微量二甲基苯胺减少了光刻胶表面经过曝光产生的酸的活性，而且它产生一几乎不在膜表面上溶解的层，在显影处理以后上述几乎不溶解的层仍然留在光刻胶图形的表面上。但是，该工艺过程有下述问题由于从曝光至PEB过程的时间延迟，微图形与衬底的反应引起了基脚，以及由于胺成分散布在工艺线的空气中，环境污染造成了倒T图形。因此，有必要使用上述化合物补偿光刻胶的PED稳定性，也需要使用新的基本聚合物的光刻胶，它适于在波长为300μm及以下时实现高敏感和高分辨率。此外，近年来大规模集成电路倾向于使用干法刻蚀工艺。上述干法工艺为了增加半导体集成电路的集成度，它改变了光刻工艺中刻蚀衬底的方式，由先前的大尺度湿法刻蚀工艺变为小尺度干法刻蚀。在干法刻蚀工艺中，光刻胶图形不应该因刻蚀生热而改变。而且，随着集成度增加，光刻胶的抗热性要求越高。为了达到上述目标，本专利技术提供一种用于化学增强光刻胶的聚合物，它可由下列化学式1表示。 其中R1是氢或者甲基，R2是氢或者CH2CH2COOC(CH3)3，R3是氯、溴、羟基、氰基、叔-丁氧基、CH2NH2、CONH2、CH＝NH、CH(OH)NH2或者C(OH)＝NH，x+y+z＝1，x为0.1-0.9，y为001-0.89，Z为0.01-0.89，以及n是1或者2，当n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学增强光刻胶的聚合物，它用下列化学式１表示： ［化学式１］ ＊＊＊ 其中Ｒ↓［１］是氢或者甲基，Ｒ↓［２］是氢或者ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＯＯＣ（ＣＨ↓［３］）↓［３］，Ｒ↓［３］是氯、溴、羟基、氰基、叔－丁氧基、ＣＨ↓［２］ＮＨ、ＣＯＮＨ↓［２］、ＣＨ＝ＮＨ、ＣＨ（ＯＨ）ＮＨ↓［２］或者Ｃ（ＯＨ）＝ＮＨ； ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ取自０．１至０．９，ｙ取自０．０１至０．８９，ｚ取自０．０１至０．８９； ｎ是１或者２，当ｎ是２的时候，两个Ｒ↓［２］一样。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金德倍，金炫辰，崔容准，郑允植，
申请(专利权)人：东进瑟弥侃株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]